运用信息技术.doc

运用信息技术，建立以学生为主体的探究性学习模式”研究报告孔建华*，陈国祥*江苏省前黄高级中学 本文对学校开展的网络环境下的探究性教学实验进行了总结，提出了针对理科教学的“基于工具的科学探究模式”和针对文科教学的“基于资源的社会探究模式”，通过具体阐述了学校开展两轮行动研究循环，对探究性学习的主要过程和环节、探究性学习的本质、信息技术对探究性学习的影响等都做了深入的探讨。关键词：科学探究、社会探究、信息技术、探究性学习模式一、研究概述“运用信息技术，建立以学生为中心的探究性学习模式”是我校承担的“十五”现代教育技术课题，2001年被列为江苏省十五现代教育技术招标课题，教育部重点课题“网络环境下的学与教”第二专项课题“网络环境下的教学模式与教学设计的研究”的子课题。在李克东、谢幼如教授和省市电教馆专家的指导下，课题组以数字校园的构建为基础，全面建设网络化的学习环境；对校本资源进行知识分类和管理，确立了以课堂教学应用为核心的研究思路，注重加强教师教学设计能力的培养，针对不同的探究性学习类型，深入开展多轮行动研究，取得了较为丰硕的成果。一定的教学模式总是在一定的教学思想和理论影响下形成的。本课题在研究过程中广泛学习了建构主义学习理论、多元智能理论、高级智慧学习和知识管理思想等，对学习、知识、智能、学习环境、探究性学习等概念作了一个澄清，认为：信息向知识的转化过程就是意义建构的过程，也就是学习的过程。知识、智能的多元化特征促成了学习方式多样化和学习水平的层次化。探究性学习是有效的学习方式之一，可分为科学探究、社会探究与实践探究三大类型。学生知识的形成离不开具体的情境与外界条件的辅助与指导，信息技术也是必备条件之一。本课题主要采用行动研究法，辅以文献研究法和调查分析法。在早期的研究过程中，课题研究教师自发地采用了类似的行动研究模式，从“计划行动观察反思”，在不断实践与反思中提高了实验的效果与质量。在后续研究过程中，教师完全遵循行动研究的准则，每个课题组成员均完成了2-3个循环，形成“大循环交替上升，小循环即时调整”的研究格局，积累了大量的研究课例和案例。同时我们还从加强了研究教师的教育技术理论学习、促进他们与专业研究人员交流、强化自我反思与批判意识、灵活运用多种方法技术等方面规避了行动研究过程中一些可能出现的负面问题。目前，全国许多学校都开展了类似的网络环境下的教学实践活动，针对不同的学科体系、不同的教学内容，采用不同的学习方法（自主、合作、探究），提出过许多教学模式和教学设计的方法。就总体而言，目前的网络教学实践都处于初级阶段，研究水平不高，缺乏普遍推广的意义。本课题在研究过程中，也曾多次参照intel未来教育、Webquest、PBL、专题网站等教学模式开展过教学设计与教学实验。在整理分析这些课例的过程中，我们发现不同的探究性学习类型，在操作流程、主要环节、教学设计等方面存在着明显的差异。我们试图从科学探究与社会探究的角度，分别总结概况出这些探究性学习的首要原理和主要过程，并从中发现探究性学习的本质规律，对于一些操作细节和变式范例，不做详尽阐述。二、研究内容（一）基于工具的科学探究模式1、实验情况从1999年起，我校多位数学和物理老师设计尝试过网络环境下探究性教学，如徐伟老师的研究玫瑰线和动直线的包络、曹锁明老师执教的雪花曲线和摆线、蒋建红老师的对称美、张国良和陈丽琴老师设计的多面体欧拉公式的发现、物理李桂旺的力的合成与分解、刘成华老师的动量守恒、蔡卫东老师的单摆、耿宜宏老师的电磁振荡、宋书华老师开设的运用几何画板解决数学问题的校本课程等，总结这些课例，我们可以分成二个阶段：第一个阶段发现科学探究规律：（以徐伟老师的研究玫瑰线为例）计划：采用MathCAD软件，让学生探求玫瑰线的花瓣数随n变化而变化的规律，尝试发现三角函数的相位变化规律。行动：教师主要设计了三个递进问题：1）让学生不断改变n值的数值，尝试发现的形状与n之间的关系;2）把正弦改为余弦，即方程的形状又会如何呢？3）曲线是否一定可以由旋转得到？在教学过程中教师结合数学证明不断层层递进，引深扩散。观察反思：在这节课中，教师运用工具软件，创设了数学实验条件，通过层层设问，不断地提升学生学习思维的水平，取得了较好的教学效果，能不能从中发现这类课的一般探究规律呢？是不是可从教学实验、提出假设、证明分析、引深扩散等几个环节进行概况呢？第二阶段验证发现的规律。（以徐伟教师的动直线包络和常州五中李德明老师的自由落体运动为例）计划：运用发现的规律，尝试进行教学，侧重于提出模型和引深扩散。行动：教师从折纸游戏开始，通过几何画板，创设问题情境，在学生实验的基础上，探讨包络成的图形与什么因素有关（如点A的位置、圆的形状、怎样才有抛物线等），接着用圆锥曲线的第二定义进行证明分析，最后引深到生活中的包络线运用。观察与反思：探讨包络图形与什么因素有关成为本课例的亮点，反映出科学探究的本质特征。从生活中来到生活应用中去也成为引深扩散的好做法。反例：自由落体运动一节课通过仿真实验室软件，试图解决两个问题：一是物体下落的快慢与什么因素有关？二是速度、时间、位移之间的关系。在第一个环节中教师解决得很好，现实实验加虚拟实验，排除了干扰因素，但在建立模型环节发生了问题，1）没有对生活中的物理现象进行概念抽象：如“物体下落的快慢”究竟是一个什么物理概念，速度(V)？加速度(a)？什么叫“同时到达地面”？是不是在相同的时间(t)内，经过的位移(s)相等。2）是没有让学生假设几个物理因素之间的内在关系，只是得出物体下落的快慢与质量没有关系的结论？（到底与什么有关系，还是没有理清楚）。由此可见，忽视建立模型环节的探究性学习不会取得满意的效果。2、主要环节我们认为：基于工具的科学探究性学习模式包括着四个主要环节：教学实验提出假设证明分析引深扩散，l 教学实验：在教学开始时，教师往往出具一个数学问题或演示一个物理现象，让学生在工具软件中构建起相应的教学实验，把问题或现象转化成工具的表现内容，尝试改变相关的变量来发现问题或现象的演充情况。如研究玫瑰线中，改变前变量的奇偶，玫瑰线的瓣数不一样；动量守恒中，改变两个球的大小、质量、材质，碰撞的现象就不一样。在雪花曲线中不断改变n有参数，生成各种美丽的雪花图案来。l 提出假设：假设是什么？其实质就是对数学问题或物理现象的合理解释与模型，这是理科探究性学习最重要的一环。解释往往就是一些原理的重现与运用，模型应是一些数学的公式、定理和函数的表现。要提出合理的解释与模型，就必须运用到先前的知识与经验，就必须对现象产生的原理进行探究，要得出模型，就必须确定自变量、因变量及无关变量，能利用己有的学科知识构建出明确的公式、函数、定理等，并用科学语言进行准确地描述。要能从众多的解释和模型中进行选择，最终构造出最佳的解释与模型。l 证明分析：当解释或模型已经确立后，学生还要用进行科学的演绎与推理，要能运用丰富的科学基础知识、逻辑证据进行深入的分析、清楚地展示逻辑、证据和现有知识之间的关系。要用数学的方法进行证明、推导，要用物理的方法进行验证与分析，这样才能验证解释与模型的正确与合理。l 引深扩散：对证明已经成立的模型还要进一步进行引深扩散，对于产生现象的内外条件要进行相关变化，充分地改变模型中的自变量与因变量变化，进一步地观察现象与模型的变化，对现象的存在条件和模型的适用范转进行客观分析，产生新的探究问题。同时也要研究现实生活中的应用探究，对生活中的现象进行合理分析与证明，回归生产与生活实际。3、相关分析科学探究的本质：从探究性学习一词首先出现在美国国家科学教育标准中可以看出，最早的探究性学习主要是指科学探究，意思是仿照科学研究的过程来学习科学内容，从而在掌握科学内容的同时体验、理解和应用科学研究的方法，掌握科研能力的一种学习方式。科学探究主要目的在于理解有广泛解释力的一般原理，强调直接指向科学理解的思考，这种原理与思考，见诸于我们的课程标准与教学目标之中，是我们培养学生科学素养的重要内容。在科学探究活动中，合理的解释与相关模型的建立，正是基于这样的原理基础提出来的。所以在科学探究活动中，应以提出假设为抓手，强调学生提出自己认为合理的解释与相关模型，提出假设环节是我们开展科学探究的本质所在。信息技术的作用。基于工具的科学探究是一种建立在信息技术环境下的探究性学习模式，与其他类型的科学探究（如实验探究、活动探究）相比，在主要的探究过环节上有着相同之处，许多其他的科学探究、实践探究都是遵循着这样的流程来开展的。这一方面提示着我们在条件许可的情况下应将这种单纯的网络探究与实验探究、生活探究相结合，避免把学生的探究体验与实验、生活的完全割裂。比如在包络线一课中，教师从折线游戏开始，逐步引出包络的概念。在自由落体运动中，教师准备了许多演示实验，让学生进行观察，这些都是将两者进行结合的一种有效的尝试。另一方面，我们也要深刻地认识到由于信息技术的使用，这些工具软件在优化教学过程，协调各教学要素关系，构建了新型稳定的教学结构方面所起的重要作用。纵观这种探究模式中的信息技术作用，主要体现在以下几点：1）构建了教学支架与环境。信息技术以工具软件的形式出现，为探究活动的开展提供了学习的支架与环境。离开了这样的环境、缺少了这样的工具，这类科学探究无法开展。就是在其他实验探究中，要想尽可能多地改变变量，以建立模型也是十分困难的。2）平衡稳定了教学结构，突出了学生主体。教师围绕着教学目标，通过精心的教学设计来组织开展教学，学生以问题或模型为核心，通过工具的应用探究得出规律，逐步构建知识与能力，工具则由教师教学演示变为学生自主探究，改变了师生教与学的主体关系，形成了以学生的学习为中心的新型教学结构。3）优化的学生探究思维培养。探究工具的软件，不仅体现在一开始的教学实验环节，在其后的教学引深、提出假设等环节诸多环节，工具的应用，加强了学生实践操作能力，强调了做中学的经验，培养了直觉思维和形象思维的能力。四个环节缺一不可。“教学实验提出假设证明分析引深扩散”四个主要环节基本涵盖了这类探究的主要过程，这四个环节应循序渐进，缺一不可。没有教学实验的过程，学生的探究应缺少问题情境，学生的学习兴趣得不到激发，原有的知识系统得不到激活。不提出假设，学生的探究性就无从谈起，提出假设并进行证明分析的过程，就是探究性学习的过程，在探究性学习过程中，抓住了提出假设这个过程，就抓住了探究性学习的关键，要提出假设，必须具有一定的理论分析的方法，能够区分出各种变量，明析各种物体性质与数形变化关系，能准确应用本学科方法进行数理表达。这些都是当前理科教学中要重点培养的学习能力。证明分析是个科学验证的过程，是用科学的演绎与推理方法，证明分析假设正确性的过程，这一点是我们教学中一贯着重强调的。引深扩散是个认知提高的过程，也是探究性学习能力提高的过程，要能举一反三，在总结过程中不断发现新的问题与规律，这样学生的学习能力才能终身持续，不断提升。当然，在具体的教学实施过程中，根据探究任务的难易，教师可多次涉及到上述环节。以上四个环节，最为重要的是提出假设与引深扩散这两个环节，抓住这些环节进行教学设计与组织实施，也成为教师提升教学设计水平的关键。探究过程中的多元文化内涵。工具软件的使用，不仅提升了师生的探究性学习的能力，对于教学思想、教学内容和教学方式都提出了新的要求，体现出多元文化的内涵与价值。如在传统的数学教学中，往往过分强调理性的逻辑思维的培养，而运用几何画板，学生的直觉思维能力得到了大大提升，传统的数学都是在证明与求解中寻求问题的答案，而运用几何画板进行教学，画的过程、演变的过程也许就是寻解的过程，图形画出来了，答案也就出来的。这种多元文化内涵的特征，对于当前教学改革来说是非常需要的，这与新课程标准中加强科学史、强调多种思维能力培养是吻合的。4、实施策略在课题选题方面有一定的要求，往往是与数理规律、原理等密切相关的知识理解与问题探求，能紧扣学科中带有规律、定律、原理性的内容，有较为丰富的变例演变。有许多工具软件可共选择使用，如几何画板、Mathcad、POLY、物理仿真实验室等，各种工具都具有自己的优缺点，教师根据选题提早做好选择。在教学过程中，对于难度较高的教学任务，教师要作一些适当的铺垫，或后置到引深扩散环节中进行。在提出模型过程中要注意概念、元素、变量描述的正确性与准确性，思维要严密。课间较短，一般一节课即可完成教学任务。考虑更多地开设在选修课与校本课程上，学生的学习兴趣会大大提高，探究能力的培养效果将更显著，关键是要有树立明确的课程目标，建立合理的评价体系。（二）基于资源的社会探究模式1、实验情况与科学探究不同的是，社会探究针对的是社会与人文领域的问题。从课题立项开始，我校便在许多人文社会学科中尝试进行这一方面的实验研究，先后有许多老师开设过网络课，语文云传瑶老师的王熙凤人物形象之研究、张红老师的中国民居文化探究、刘芳老师的中国节日文化的研究、周虹老师的中国饮食文化的探究、曹金鑫老师的中国名山得名原因探析；外语唐文洁老师的Canadawebquest研究、王立群老师的主题公园、政治赵新伟老师的储蓄实名制、地理陈国祥老师的中国人口迁移与户籍制度的改革、宇宙环境系列研究，庄晓蓉老师的大气环境污染、徐兆海老师的白色污染、方训老师的温室效应、刘长凤老师的我们的城市交通、生物吴君民老师的基因工程等，综观分析这些课例，我们认为我们的社会探究研究分成了两个阶段：第一个阶段以单课为主的社会探究计划与行动：在这样的课例中，主要以完成一个单元教学目标为主，一般采用三个左右的教学时间，第一节课是布置主题，查找资料，第二节课是学生分析资料，最后一节课是学生汇报成果。这样以单课为主的教学也曾经历过目标缺失、交流不畅、问题设置不合理等阶段，随着学生信息技术能力的提高，教师也开始仿照Webquest等精心设计问题与任务，这种模式开始逐步成熟起来，就算是年轻教师第一次进行尝试，也能取得不错的教学效果。反思：抛开许多公开教学、教学评比的因素不谈，我们觉得这种网络教学在学习成效、思维层次等方面明显要逊于科学探究课例，在学生学习能力的培养方面远远没有达到当初的设计要求，究其原因：1）人文与社会学科知识博大精深，内容庞杂，结构复杂，客观上对学习能力的要求增大；2）纯以一两节课时不能解决学生的探究性能力培养问题。3）教师的教学设计不高，在问题提出、材料分析、归纳整理、综合评等方面都缺乏钻研，对学生的探究活动指导不力。4）社会探究能力的培养缺乏长期的课程规划与管理，学生在不同教师、不同学科之间习得的探究方法不能有效地迁移。第二阶段：系列化的社会研究（以语文和地理学科为例）计划：针对社会探究的需求，我们提出了整体设计，阶段实施和关注方法迁移的研究策略，认为学生的社会探究性学习包括五个过程：搜索材料问题设计分析整理成果汇聚综合评价，学生的学习能力应放到整个高中学习阶段来进行规划培养，在整个高中三年，要开展一系列的探究性活动，每次活动为着重完成其中的一个过程，重点解决一个过程中的问题，这样不断螺旋式上升，学生的探究性学习能力才能达到一个较高的认知水平上。为此我们组织了部分语文教师进行了关于文化探究的系列课例。行动：先后有三位教师尝试着从文化角度进行探究性学习，张红老师的中国民居文化探究课例是从胡同文化进行延伸，分为两个课时，第一个课时主要是从培养学生信息搜索能力的角度，让学生围绕着我国主要的特色民居收集材料，并体味出主要民居的文化内涵；第二节课主要是采用webquest模式，以“民居的迁移是否意味着文化的迁移？”为题，着重培养了学生设计问题，创新提问的能力。刘芳老师的中国节日文化的研究课例，主要是以“传统文化节日要不要列为法定节日” 为辩题，让学生在充分涉猎网上资料的情况下进行辩论赛，对学生分析整理加工材料的能力要求极高。这节课最终是教室进行，既走进了网络，又能走得出网络，给人以耳目一新的感觉。周虹老师的中国饮食文化的探究课例，也是从生活中的洋快餐和中式早点开始，精心设计了“中国饮食文化面临的机遇与挑战”这样一个基本问题，通过网络教学平台开展了多项探究活动。学生的发现问题、分析问题、解决问题的能力得到了一定发展。反思：三位教师不自觉地都选择了文化类的课题进行探究，这既是一个偶然，也是一个必然，体现出了语文课改的必然诉求。在新课程标准中，文化内涵成为语文学科的基本特征之一（另一是语言），充分利用各种资源，充分开展探究性学习于是就成了大语文学习的时代要求。这一系列的探究课例基本验证了我们的构想社会探究能力培养必须系统化。此外，我校的陈国祥老师也在地理学科中开展了类似的系列研究，在地球在宇宙中这节课中，让同学们选择一个感兴趣的宇宙事物进行搜索训练，重点解决学生搜索能力培养的问题；在人类对宇宙的探索这节课中，让学生围绕着人类对宇宙的探索提出一些有趣而且又意义的问题，重点解决问题设计。在地球运动的意义中，让学生假设地球异动会带来什么样的自然现象，培养学生整合材料的水平。2、主要过程经过上述的实验研究，我们认为，基于网络资源的社会探究性学习可以从“搜索材料问题设计分析整理成果汇聚综合评价”五个过程进行实施，在每个过程的实施中，又包括了许多环节。鉴于时间和精力有限，目前我们对后两个过程的研究还没有充分开展。l 搜索材料：搜索材料是社会探究的第一个过程，重点在于帮助学生解决资料搜索的问题。虽然在信息技术课程中学生已经学过简单的搜索技巧，但仍不能够满足学科教学的需要，学科教师有必要根据自己的教学要求，从学科专业的角度来进行指导。搜索过程的主要环节是：拟定主题选择搜索引擎拟定关键字统计查询情况判断相关性信息存储搜索评价。搜索过程看似简单，其实也包括许多学习指向型的要求，如关键词的拟定要把握研究问题的内涵，判断材料相关性要对材料进行阅读，判断标准的拟定等，对于资料的分类、存储要形成统一的规范，这对于提高学生信息素养大有好处。l 问题设计：问题设计是社会探究性学习的关键过程。有什么样的问题就有什么样的探究过程，抓住了问题设计过程就抓住了社会探究性学习的核心。问题设计不合理，激发不起学生的求知欲，这样的网络探究就会停留在低水平重复上。教师和学生都是问题设计者，在不同的阶段，问题由不同的对象提出。在网络探究的初始阶段问题往往是由教师提出问题，随着探究能力的提高，学生应成为主要的问题设计者。社会探究性学习中的问题设计可以借鉴intel未来教育的思想，分为框架问题、基本问题、单元问题和内容问题，一般的问题设计流程是：确立框架问题初拟内容问题搜索资料拟定单元问题确定基本问题。基本问题形成后，可从问题的维度、创新性、探究价值方面对问题进行评价。l 分析整理：材料的分析整理过程是学生认识提高的过程。在确定了研究问题，进行了资料搜索之后，学生面临的最大问题是如何进行材料分析整理与加工，这是学生形成意义建构的重要过程，学生的高级思维能力培养贯穿于这一过程中。主要的材料分析环节是：判断相关性材料归类比较分析归纳阐述。分析整理的每一个环节都对认识能力提高的起着作用，如判断材料相关性的标准是什么？材料分类的依据是什么？如何把这个材料的五点和那个材料的三点归纳为自己的四点内容等。这些要求将将帮助学生学会记录相关信息资料的方法、迅速选择有用信息的能力、组织整理信息资料的能力和分析比较概括推理的能力。l 成果汇聚：对研究获得的成果进行汇总，采用多种媒体形式进行表达，并利用报告会、评审会等组织形式进行讲解演示。l 综合评价：学习在整个探究性学习过程中综合评价的方法，学习拟定各种评价量规并尝试应用，提出改进的意见。要注重过程性评价与终结性评价，关注学生探究能力与思维品质的提高。3、相关分析：社会探究性学习的本质。社会探究性学习主要针对的是社会科学与人文科学问题，在形成研究结论和解释的过程中，不仅根据实证证据，还比较多地运用反思与主观价值判断。而这种反思与判断往往又与个性的行为、习惯和认知有着必切的关系，所以社会探究性学习研究起来比科学探究要复杂得多。与科学探究的关键是形成解释性的方案和模型相比，社会探究性学习的关键是提出有探究价值的问题（或任务），高质量问题的提出，既是探究性学习的起点，同时也是探究学习的目标之一。所以，社会探究性学习可采用以问题为中心的学习方式进行开展。信息技术的作用。在社会探究性学习过程中，信息技术主要是以网络资源形式存在的，主要作用体现在以下几点：1）通过信息技术，资源被组织成了一个可以利用的学习条件，极大地改变了教师或教材作为单一的信息资源的存在。2）资源被构建成一个学习的环境，是学生搜索的工具、设问的帮手、分析的伙伴、表现的舞台，学生的学习活动离不开技术的支持；3）资源的丰富性和超媒体性，形成的结构不良信息极大的促进了学生探究欲望的形成，为学生的探究奠定基础。所以，信息技术的运用极大地改变了传统教学的教学结构，使用老师、学生、教学内容与资源环境处于一个稳定的循环之中。如何提出高质量的问题。要形成一个好的探究性问题（或任务），不在于问题提出的主体是教师还是学生，也不在于是否是生活中真实问题。好的问题是能把握住学生认识领域的最近发展区，能展现真实世界的各种挑战。要设计好的问题或任务，关键是要做到以下几点：1）区分清楚各类问题的概念：如在intel未来教育中，把问题分为：框架问题、基本问题、单元问题、内容问题，其中框架问题是指用于框定单元研究范围，引导学生深入学习与探索的问题，它是其他三类问题的总称；基本问题是在某一领域或学科中具有普遍规律和客观迁移的核心思想和关键探究；单元问题是单元中的基本问题，用于框定具体学科知识和特定研究，没有明显的“正确”答案；内容问题是围绕着学科内容提出的问题，有明确的答案。2）问题的设计应从框架问题开始，先要根据探究的主题把握住框架问题，再从已知的教学内容中分析内容问题，在此基础上确定几个单元问题，最后提炼出基本问题，基本问题是问题设计的灵魂，把握住了基本问题抓住了社会探究学习的核心。一次探究活动应有一个明确的基本问题，基本问题应贯穿于社会探究的始终，让学生在自觉与不自觉中习得。3）任何社会事物的发展都是有着其他内在条件的，如时间、地点、人物、工具、规则等，条件变化了，事物应会发生相应的变化，在进行探究性问题设计时，我们可以从以上几个方面进行拓展性思维，这样才能演生出许多具有探究性的问题来。4）问题的设计往往伴随着角色的扮演和能力的要求，从多元智能的角度出发，我们往往能根据这些问题设计出许多有创意的活动与任务来。信息素养的培养如何保证学生习得的探究性能力得到迁移与提高，这是系列化探究研究要回答的问题，我们认为，保证这种探究性能力内化成学生的信息素养是唯一的途径。要培养学生的信息素养（包括技术素养）就要对学生的探究活动形成统一的要求与操作的规范，在流程的规范化、操作的精细化、评价的过程化等方面进行统一要求，在许多操作细节处防微杜渐。要提升学生的这种信息素养，首先要提高教师个人的知识管理水平，积极开展学校的组织知识管理制度的建设，让个人与组织互融互通，从而带动学生的信息素养的提升，不断增强社会探究能力的提高。4、实施建议：可从各学科的新课程标准中发现更多的探究结合点，方面开展系列化的社会探究学习。每次探究目标要明确，重点解决一个过程的问题，使用一节课的时间。要关注材料整理的学生创造性的成果。对于常见问题采取针对性的避规措施。结合着校本课程、选修课程来进行效果更佳。三、研究成果：本课题的研究是个系统工